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1、超混沌序列的應(yīng)用與性能分析畢業(yè)論文目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題背景11.2國(guó)內(nèi)外研究狀況11.3研究的目的和意義21.4主要研究工作和結(jié)構(gòu)安排2第2章混沌系統(tǒng)及混沌序列的研究32.1混沌的概念與定義32.2混沌的特性52.3混沌和超混沌系統(tǒng)62.4混沌序列72.5本章小結(jié)7第3章超混沌系統(tǒng)及超混沌序列的生成83.1CNN超混沌系統(tǒng)仿真83.2超混沌序列生成113.2.1分位閾值法113.2.2整體閾值法123.2.3跳動(dòng)閾值法153.2.4四進(jìn)制法173.2.5區(qū)間采樣法183.
2、3本章小結(jié)19第4章超混沌序列隨機(jī)性分析214.1單比特測(cè)試214.2撲克測(cè)試224.3游程測(cè)試244.4長(zhǎng)游程測(cè)試264.5相關(guān)性檢測(cè)27I4.6本章小結(jié)29第5章基于超混沌序列圖像加密的研究305.1超混沌序列圖像加密原理305.2超混沌圖像加密算法設(shè)計(jì)315.3基于超混沌序列圖像加密仿真325.4本章小結(jié)33結(jié)論34參考文獻(xiàn)36致謝38附錄139附錄243附錄347附錄455附錄569I第1章緒論第1章緒論1.1課題背景混沌是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機(jī)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一個(gè)確定性理論描述的系統(tǒng)，其
3、行為卻表現(xiàn)為不確定性－－不可重復(fù)、不可預(yù)測(cè)，這就是混沌系統(tǒng)?；煦缧蛄惺且环N性能優(yōu)良的偽隨機(jī)序列，具有良好隨機(jī)性、相關(guān)性和復(fù)雜性，對(duì)初始條件極端敏感，且來(lái)源豐富，生成方法簡(jiǎn)單，而且通過(guò)映射函數(shù)、生成規(guī)則以及初始條件便能確定一個(gè)幾乎無(wú)法破譯的加密序列等特點(diǎn)，使得混沌加密受到越來(lái)越多的關(guān)注，并廣泛應(yīng)用于保密通信領(lǐng)域[1]。自1989年英國(guó)數(shù)學(xué)家Matthews首次提出以Logistics映射作為序列密鑰生成器，將混沌系統(tǒng)用于信息加密以來(lái)，具有一個(gè)正的Lyapunov指數(shù)的低維混沌系統(tǒng)序列加密已得到廣泛研究應(yīng)用
4、。但低維混沌系統(tǒng)有著如系統(tǒng)的動(dòng)力特性相對(duì)比較簡(jiǎn)單、確定序列的參數(shù)少、密鑰簡(jiǎn)單、安全性不高等缺陷。近年來(lái)的研究表明，低維混沌序列的保密性是不夠的，要達(dá)到所要求的密碼強(qiáng)度，一種有效的解決方法是采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的大于零的Lyapunov指數(shù)的超混沌時(shí)序?qū)π畔⒓用?。超混沌序列是一種特殊的混沌系統(tǒng)，通常具有兩個(gè)或兩個(gè)以上正的Lyapunov指數(shù)的混沌系統(tǒng)稱為超混沌系統(tǒng)。正的Lyapunov指數(shù)越多，系統(tǒng)軌道不穩(wěn)定的方向越多，系統(tǒng)的隨機(jī)性越強(qiáng)，其抗破譯能力越高。因此，它們更適合于信息加密。1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況目前
5、，國(guó)際上正在探討使用一些非傳統(tǒng)的方法進(jìn)行信息加密與隱藏，其中混沌理論就是被采納和得到廣泛應(yīng)用的方法之一。混沌加密是近年來(lái)興起的一個(gè)研究課題，基于混沌理論的保密通信、信息加密和信息隱藏技術(shù)的研究已成為國(guó)際非線性科學(xué)和信息科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域交叉融合的熱門前沿課題之一，也是國(guó)際上高科技研究的一個(gè)新領(lǐng)域，基于混沌理論的密碼學(xué)近來(lái)成為很熱門的科學(xué)[2]。85第1章緒論由于混沌在信息安全中的應(yīng)用都是要利用混沌系統(tǒng)的隨機(jī)特性，大都體現(xiàn)在通過(guò)量化后的隨機(jī)序列的性能上，因此生成隨機(jī)序列的隨機(jī)性將直接影響到系統(tǒng)的安全性，所以混沌
6、量化是其應(yīng)用的第一步，也是最關(guān)鍵一步。本文從混沌量化算法的原理入手，分析與比較當(dāng)前主要的混沌量化算法，通過(guò)相關(guān)檢驗(yàn)比較各種算法的優(yōu)劣，最后從生成密碼學(xué)安全的偽隨機(jī)角度，在對(duì)提出算法的分析和測(cè)試。1.3研究的目的和意義眾所周知，混沌信號(hào)是由確定性方程產(chǎn)生的類似隨機(jī)寬頻譜信號(hào)，具有優(yōu)良的相關(guān)特性。混沌序列復(fù)雜、難以長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，其來(lái)源豐富，并且只需更改系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)初值即可獲得大量的優(yōu)良序列，因此混沌序列加密受到越來(lái)越多的關(guān)注，特別適合在保密通信和信息加密領(lǐng)域中應(yīng)用。1.4主要研究工作和結(jié)構(gòu)安排本文針對(duì)超混沌系
7、統(tǒng)四階細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN進(jìn)行研究，主要研究了超混沌系統(tǒng)仿真、混沌序列生成、序列隨機(jī)性檢測(cè)及其在圖像加密中的應(yīng)用等問題。論文具體結(jié)構(gòu)如下：第1章為緒論部分，首先研究了課題背景及混沌學(xué)發(fā)展的概況，之后深刻地描述了混沌研究的目的和意義，最后對(duì)論文結(jié)構(gòu)安排進(jìn)行說(shuō)明。第2章是對(duì)混沌系統(tǒng)及混沌序列的研究，研究了混沌相關(guān)原理、混沌的定義及其特性。然后研究了混沌和超混沌系統(tǒng)理論，舉出簡(jiǎn)單的混沌系統(tǒng)模型。最后是混沌序列理論的簡(jiǎn)述及其在加密信息中的優(yōu)勢(shì)。第3章運(yùn)用Matlab仿真出了超混沌系統(tǒng)（CNN）相吸引子，并采用了分
8、位閾值法、整體閾值法、跳動(dòng)閾值法、四進(jìn)制法、區(qū)間采樣法等五種方法生成超混沌序列。而且對(duì)于前三種生成方法，有優(yōu)化環(huán)節(jié)，使序列的隨機(jī)性更好。第4章實(shí)現(xiàn)了對(duì)超混沌二值序列隨機(jī)性的檢測(cè)。檢測(cè)方法有單比特測(cè)試、撲克測(cè)試、游程測(cè)試、相關(guān)性檢測(cè)、長(zhǎng)游程測(cè)試，檢測(cè)后分別對(duì)其測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析比較。第5章仿真超混沌序列對(duì)圖像進(jìn)行加解密過(guò)程。采用原圖像生成數(shù)值與超混沌序列進(jìn)行異或操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的加密過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，算法簡(jiǎn)單易行，安全性好。85第2章混沌系
